Giả sử A=1, B=0 thì thì dữ liệu nhận biết data bằng 1 và khi A=0, B=1 thì dữ liệu nhận biết là data bằng 0. Do cách so sánh trên khi bị suy giảm thì sự chênh lệch điện áp vẫn khơng đổi chính vì thế mà tín hiệu truyền trên RS485 đi rất xa mà vẩn đảm bảo chính xác.
+ Khi sự chênh lệch điện áp giữa A và B nằm trong khoảng,-6V đến - 1.6V thì dữ liệu được nhận tương ứng với mức 1.
+ Khi sự chênh lệch điện áp giữa A và B nằm trong khoảng +1,5 đến +6V thì dữ liệu được nhận tương ứng với mức 0.
Ưu điểm lớn nhất của chuẩn RS485 chính là truyền đi xa tới 1200m và có thể kết nối nhiều thiết bị trên cùng một mạng chuẩn RS485 và kết nối tối đa 32 thiết bị cùng lúc.
c. Sự khác nhau giữa RS232 và RS485
RS232 chỉ cho phép truyền theo phương thức điểm (point) – điểm (point) trong khi RS485 truyền theo phương thức đa điểm. Tức là có thể truyền nhiều tín hiệu khác nhau trong cùng một mạng (max 32 thiết bị).
Tốc độ truyền của RS232 (20 Kbits/s) nhanh nhưng khoảng cách truyền ngắn (max 15m). Ngược lại, RS485 (10Mbit/s) có thể truyền đi xa (max 1200m)
2.4.4. IC max485
Hình 2.13: IC max485
Max 485 gồm bộ lái và bộ thu, tín hiệu vào bộ lái D logic TTL đổi thành 2 tín hiệu A và A, khi tín hiệu điều khiển DE mức thấp thì 2 chân AA cách ly với vi mạch. Tín hiệu vào bộ thu là A và A, tín hiệu ra R logic TTL tùy thuộc hiệu điện áp giữa A và A, khi RE logic 1 thì R cách ly với vi mạch.
Hình 2.14: Sơ đồ nối chân của IC max485 Stt chân Tên chân Chức năng 1 RO Nhận tín hiệu từ bus 485
2 RE Mức logic 0 trên chân này sẽ cho phép nhận tín hiệu
3 DE Mức logic 1 trên chân này sẽ cho phép gửi tín hiệu 4 DI Gửi dữ liệu ra bus 485
5 GND Nối đất
6 A Kết hợp với chân B mã hóa Visai dữ liệu 7 B Kết hợp với chân A mã hóa Visai dữ liệu 8 VCC Nguồn nuôi điện áp cấp 5V
Hình 2.15: Thơng số chân của IC max485
Thơng số kỹ thuật:
- Max485 là bộ truyền nhận dữ liệu năng lượng thấp dùng cho chuẩn RS485.
- Tốc độ bit Max= 2,5Mbps
- Điện áp hoạt động : -7V đến 12V (ổn định nhất ở 5V)
- Bus Max485 truyền dữ liệu vi sai bằng 2 dây A, B nên khoảng cách truyền lớn, khả năng chống nhiễu tốt.
- Với A-B > 200mV sẽ tạo mức logic 1. - Với B-A > 200mV sẽ tạo mức logic 0.
Max 485 làm việc theo chế độ master-slave, master cho DE mức 1 để truyền dữ liệu, cịn các slave có DE=0, RE=0 chờ nhận dữ liệu. Khi master muốn nhận dữ liệu thì DE=0, RE=0 cịn slave phát sẽ có DE=1, RE=1. Điều khiển các đường DE, RE bằng tín hiệu RTS hay mạch định thời.
2.5. Kết luận chương 2
Trong chương này, luận văn đã đi giới thiệu về Internet đồng thời đưa ra những ứng dụng của Internet nói chung cũng như ứng dụng của Internet trong giám sát kho lạnh.
Nội dung của chương cũng chỉ ra những phương pháp kết nối hiện thị dữ liệu lên mạng Internet, từ đó tác giả lựa chọn sử dụng phương thức html để đưa dữ liệu trên mạng.
Một phần quan trọng của chương là phần tìm hiểu về chuẩn RS485, và cụ thể là giao thức ModBus RTU. Đây là giao thức được sử dụng phổ biến trong công nghiệp, và cũng chính là giao thức được tác giả lựa chọn sử dụng trong phần thực nghiệm của luận văn này.
Tóm lại, kết quả cuối cùng của chương 2 chính là nghiên cứu, khảo sát và đưa ra phương án lựa chọn để xây dựng hệ thống giám sát nhiệt độ kho lạnh qua mạng Internet, bao gồm:
+ Sử dụng phương thức thu thập tín hiệu sử dụng ModBus RTU. + Đưa dữ liệu lên mạng sử dụng giao thức http.
Nội dung chi tiết về sơ đồ thiết kế, lựa chọn thiết bị sẽ được trình bày trong chương 3.
CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ MÀN HÌNH GIÁM SÁT, HIỂN THỊ NHIỆT ĐỘ, ĐỘ ẨM CỦA KHO LẠNH
3.1 Mơ tả bài tốn
- Đối tượng giám sát: Nhiệt độ và độ ẩm trong kho lạnh
- Mô tả bài toán: Trong kho lạnh đặt 2 cảm biến nhiệt độ và độ ẩm ở 2 vị trí. Giá trị nhiệt độ và độ ẩm từ cảm biến báo về được hiển thị lên màn hình Lcd và được gửi lên mạng internet. Người dùng truy cập vào trang web đã tạo và theo dõi được thông số nhiệt độ và độ ẩm, đồng thời điều khiển được tốc độ quạt trong kho lạnh.
3.2. Sơ đồ khối thiết bị
Như theo kết luận của chương 2, ta có thể phân tích và chỉ ra rằng phần cứng của thiết bị sẽ gồm hai khối chính:
+ Khối cảm biến, đây là khối trực tiếp làm việc với cảm biến và đưa ra kết quả đo. Kết quả này được truyền về khối truyền thông thông qua đường truyền RS485.
+ Khối truyền thơng, là khối có chức năng nhận tín hiệu từ cảm biến, hiển thị kết quả đo, đồng thời đưa những kết quả đo này lên mạng Internet để người sử dụng có thể truy cập và theo dõi.
Trong hệ thống có thể có một hoặc nhiều khối cảm biến đều được kết nối chung với đường truyền RS485. Vậy ta sẽ có những sơ đồ khối như sau:
Hình 3.1: Sơ đồ khối tồn hệ thống
Hình 3.2: Sơ đồ khối cảm biến
KHỐI CẢM BIẾN 01 KHỐI TRUYỀN THÔNG INTERNET KHỐI CẢM BIẾN 02 KHỐI CẢM BIẾN 03 R S 4 8 5 INTERNET KHỐI CHẤP HÀNH KHỐI XỬ LÝ TRUNG TÂM CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ, ĐỘ ẨM KHỐI NGUỒN KHỐI TRUYỀN THÔNG RS 485
Hình 3.3: Sơ đồ khối khối truyền thơng Chức năng các khối trong hệ thống
+ Khối nguồn: cung cấp nguồn ni cho tồn bộ hệ thống
+ Khối xử lý trung tâm: tiếp nhận các giá trị từ cảm biến, tiến hành tính tốn điều khiển thiết bị chấp hành, gửi và nhận giữ liệu từ chuẩn RS485 và chuẩn Internet,
+ Khối hiển thị: hiển thị các thông số nhiệt độ độ ẩm lên màn hình LCD + Khối truyền thông: Tiến hành giao tiếp giữa các khối theo chuẩn RS485 và gửi giữ liệu nhiệt độ, độ ẩm lên internet và đồng thời nhận lệnh điều khiển từ Internet gửi về.
+ Khối cảm biến: Thu thập nhiệt độ độ ẩm gửi về khối xử lý. + Khối chấp hành: Điều chỉnh tốc độ quạt theo lệnh từ khối xử lý
KHỐI XỬ LÝ TRUNG TÂM KHỐI HIỂN THỊ KHỐI NGUỒN KHỐI TRUYỀN THÔNG LÊN INTERNET KHỐI TRUYỀN THÔNG RS 485
3.3. Mạch nguyên lý
3.3.1 Mạch nguyên lý khối cảm biến
3.3.2 Mạch nguyên lý khối truyền thông
3.4. Nguyên lý hoạt động của hệ thống
Khi được cấp nguồn thì hệ thống sẽ hoạt động theo nguyên lý sau:
Các nút giám sát nhận tín hiệu từ cảm biến (ở đây là cảm biến nhiệt độ, độ ẩm DHT22) sau đó gửi giá trị đo được về node truyền thông qua đường truyền RS485 (Module RS485 thực hiện chuyển đổi “TTL to RS485” và ngược lại). Khung truyền này được thể hiện ở hình dưới.
Start Byte ID Byte Check Byte Temp Byte Humi Byte Stop Byte Các byte trong khung truyền bao gồm:
+ Start Byte: Ta chọn là ký tự “@”. + Check Byte: Ta chọn là ký tự “#”.
+ Dữ liệu gồm có hai byte, một byte là giá trị nhiệt độ, byte thứ hai là giá trị độ ẩm. Mặc dù kết quả trả về từ cảm biến DHT22 gồm cả phần nguyên và phần thập phân của nhiệt độ, độ ẩm nhưng ta chỉ lấy phần nguyên của những giá trị này.
+ Stop Byte : Ta chọn là ký tự “$”.
Từ đó ta thấy các bước thu thập tín hiệu của Module truyền thơng sẽ là:
Bước 1: Chờ tín hiệu nhận được trên đường truyền RS485, nếu tín hiệu
nhận được là “@” thì chuyển sang bước 2.
Bước 2: Lưu các byte nhận được vào mảng dữ liệu, mảng dữ liệu ở đây
gồm có 6 byte như đã nêu ở phía trên.
Bước 3: Kiểm tra tính đúng đắn của khung truyền nhận được, nếu byte thứ
nhất là “@’, byte thứ 3 là “#” và byte thứ 6 là “$” thì khung truyền là đúng. Ta chuyển sang bước 4.
Bước 4: Lấy byte thứ 2 trong mảng vừa nhận được để xác định ID của
Sau khi nhận được dữ liệu từ các module cảm biến thì module truyền thơng gửi dữ liệu lên server thông qua ESP8266.
Ở đây, ta sử dụng ESP8266 để tạo một sever, ESP8266 hỗ trợ tạo server lưu trên bộ nhớ flash lên tới 4MB, với dung lượng của ứng dụng trong bài này thì dung lượng đó hồn tồn đủ. Sau này, ta có thể tiếp tục phát triển hệ thống với nhũng tính năng lưu trữ, thống kê số liệu thì có thể chuyển qua những sever khác. Địa chỉ đường dẫn của server này mặc định là “192.168.4.1”. Khi đã kết nối với wifi ta có thể mở trình duyệt và truy cập đến server theo đường dẫn này hoặc “192.168.4.1/index”. Wifi dùng cho ứng dụng này, ta có thể thiết lập cho bất kỳ một wifi đang khả dụng nào với cú pháp:
WiFi.begin("tenwifi","matkhau");
Tuy nhiên, nếu muốn kiểm tra hoạt động của hệ thống ngay cả khi khơng có mạng wifi và Internet thì ta có thể chọn thêm một cách khác là sử dụng wifi của chính ESP8266. Trong chương trình, ta thiết lập ESP8266 ở chế độ phát wifi với tên wifi là “esp1” và mật khẩu là “12345678” với thao tác như sau:
WiFi.mode(WIFI_AP);
WiFi.softAP("esp1","12345678");
Khi đã thiết lập wifi như vậy, khi kiểm tra hoạt động của hệ thống, ta chỉ cần kết nối với wifi “esp1”và truy cập vào server đã tạo trước đó.
Ở đây, ta đặt đối tượng “sv” mang thuộc tính của server trên ESP8266. Hay có thể hiểu chính là tên của server trên ESP8266:
ESP8266WebServer sv(80);
Ta có dữ liệu từ khối truyền thông lên server như sau:
sv.on("/index",[]{sv.send(200,"text/html",readData("index.html"));}); sv.on("/temp.html",[]{ sv.send(200,"text/html",String(temp));}); sv.on("/humi.html",[]{ sv.send(200,"text/html",String(humi));});
sv.on("/temp2.html",[]{ sv.send(200,"text/html",String(temp2));}); sv.on("/humi2.html",[]{ sv.send(200,"text/html",String(humi2));}); sv.on("/trangthai.html",[]{sv.send(200,"text/html",String(trangthai));});
Ở dòng cuối cùng, ta gửi thêm một biến “trạng thái” để biết được server đã kết nối với cảm biến hay chưa.
Giao diện trên server ngoài chức năng hiển thị thông số nhiệt độ, độ ẩm thu thập được cịn có thêm chức năng điều khiển xuống module cảm biến. Với cơ cấu chấp hành ở đây là quạt hoặc bộ phận làm lạnh, ta có thể tắt hoặc cho hoạt động với ba cấp độ khác nhau. Trong mơ hình thực nghiệm này, cơ cấu chấp hành chọn là quạt DC với 3 cấp tốc độ được điều khiển bằng cách thay đổi độ rộng xung (PWM). Tín hiệu gửi từ server gửi về tương ứng có các giá trị 0, 1, 2, 3. Các tín hiệu này được gửi chung đến nút truyền thông một cách liên tục.
3.5. Lưu đồ thuật toán
3.5.1. Lưu đồ thuật tốn khối cảm biến
Hình 3.6: Lưu đồ thuật tốn khối cảm biến Bắt đầu
Khởi tạo
Đọc tín hiệu cảm biến
Có tín hiệu điều khiển trên đường truyền RS 485
Xử lý lệnh
Tính tốn và điều khiển tốc độ quạt S
Đ
Lưu lệnh cài đặt vào EEPROM
3.5.2. Lưu đồ thuật tốn khối truyền thơng.
Hình 3.7: Lưu đồ thuật tốn khối truyền thơng
3.6. Giao diện website
Sau khi sử dụng phần mềm lập trình với ngơn ngữ html ta có giao diện trên web như sau, Server này được lưu trên ESP8266 như trong phần nguyên lý hoạt động đã trình bày ở phía trên. Ta có thể sử dụng máy tính hoặc điện thoại thơng minh để truy cập vào đường link này để kiểm tra tính đúng đắn của hệ thống.
Bắt đầu
Hiển thị lên LCD
Hiển thị lên Web Có tín hiệu trên đường
truyền RS 485 Khởi tạo
Đ
Hình 3.8: Giao diện server khi truy cập bằng điện thoại
3.7. Kết quả đạt được
3.7.1. Kết quả thiết kế trên phần mềm
Từ sơ đồ nguyên lý, ta sử dụng phần mềm thiết kế để thiết kế mạch in cho các mạch thành phần như sau:
Hình 3.9: Thiết kế mạch module cảm biến
3.7.2. Kết quả thực nghiệm
Dưới đây là một số hình ảnh của thiết bị sau khi thi cơng thử nghiệm
Hình 3.11: Khối truyền thơng
Hình 3.13: Kết nối khối cảm biến và khối truyền thơng
Hình 3.15: Màn hình giám sát nhiệt độ và độ ẩm trên trang web
3.8. Kết luận chương 3
Từ những nghiên cứu ở chương 1 và chương 2, chương 3 của luận văn đã từng bước xây dựng phần thực nghiệm để kiểm chứng tính đúng đắn của hệ thống. Tác giả đã đưa ra sơ đồ thiết kế mạch phần cứng từ đó xây dựng lưu đồ thuật tốn và phần mềm điều khiển. Cuối cùng tác giả đã đi chế tạo mạch thực nghiệm và chạy tương thích với phần mềm
Đồng thời, tác giả cũng đã xây dựng giao diện web để hiển thị kết quả thu thập được từ cảm biến để gửi lên. Mặc dù phần cứng, phần giao diện còn đơn giản nhưng cũng đã hoạt động ổn định, đáp ứng được yêu cầu đưa ra của bài toán.
KẾT LUẬN
Qua quá trình tìm hiểu nghiên cứu, em đã hoàn thành luận văn “Nghiên
cứu phương pháp giám sát nhiệt độ, độ ẩm của kho lạnh qua mạng internet”.
Luận văn đã đưa ra các phương pháp giám sát nhiệt độ, độ ẩm trong thực tế từ đơn giản đến tiên tiến. Từ đó luận văn đã chọn phương pháp giám sát nhiệt độ, độ ẩm qua mạng internet, một phương pháp giám sát hiện đại phù hợp với công nghệ 4.0 hiện nay. Sản phẩm của luận văn không chỉ ứng dụng trong việc giám sát nhiệt độ, độ ẩm của kho lạnh mà còn ứng dụng giám sát trong nhiều lĩnh vực khác.
Tuy nhiên, luận văn cũng còn một số hạn chế cần khắc phục + Mơ hình thực nghiệm cịn đơn giản, số điểm đo cịn ít. + Giao diện web đơn giản
Trong quá trình học hỏi và làm luận văn em được sự giúp đỡ tận tình của thầy giáo Ts.Lê Hùng Linh cùng các thầy (cô) giáo trong khoa Công nghệ Tự động hóa. Tuy nhiên do kiến thức và trình độ cịn hạn hẹp nên trong q trình làm luận văn em khơng khỏi mắc phải những thiếu sót và hạn chế. Vậy em rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến, nhận xét của các thầy (cơ) giáo cùng tồn thể các bạn để luận văn của em có thể hồn thiện hơn.
TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt
[1] - Điều chỉnh tự động Truyền động điện – Bùi Quốc Khánh, Nguyễn Văn Liễn, Phạm Quốc Hải, Dương Văn Nghi – NXB khoa học và kỹ thuật – 2004.
[2] - Tài liệu hướng dẫn thiết kế thiết bị điện tử công suất – Trần Văn Thịnh - ĐH Bách khoa Hà Nội – 2000.
[3] – Truyền động điện - Bùi Quốc Khánh, Nguyễn Văn Liễn – NXB Khoa học và kỹ thuật – 2001
Tiếng Anh
[4] Davide Magrin, Marco Centenaro, and Lorenzo Vangelist, Performance
Evaluation of LoRa Networks in a Smart City Scenario, IEEE ICC 2017 SAC
Symposium Internet of Things Track, 21-25 May 2017
[5] Eyuel D. Ayele, Chiel Hakkenberg, Jan Pieter Meijers, Kyle Zhang, Nirvana Meratnia, Paul J.M. Havinga, Performance Analysis of LoRa Radio for an Indoor
IoT Application, 2017 International Conference on Internet of Things for the
Global Community (IoTGC), 10-13 July 2017.
[6] Hugh Jack, Automation Manufacturing Systems with PLCs, 2005.
[7] Tran Quang Vinh, Pham Manh Thang, Phung Manh Duong, “Controlling Communication Network in the Building Automation System,” Journal of Science,Vietnam National University, pp.129-140, Vol.26, 2010